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高速铁路同相供电关键技术与理论:Y接线的构成与特点

时间:2023-08-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:构成“Y”接线的变压器可以是YN,d11接变压器和阻抗匹配平衡变压器,也可以是新型三相变四相平衡变压器。下面以YN,d11接线变压器为例,说明“Y”接线同相AT牵引供电系统结构及其特点。2.单台变压器式接线对于AT供电方式牵引变电所,若采用YN,d11接线变压器构成时,通常需要两台三相双绕组变压器或一台三相三绕组变压器,接成十字交叉接线。

高速铁路同相供电关键技术与理论:Y接线的构成与特点

“Y”线的同相AT牵引供电系统是指由YN,d11接线、阻抗匹配接线等原边绕组为“Y”接线的变压器构成的同相AT牵引供电系统[57,58]。前述的基于“V”接线的同相AT牵引供电系统,具有结构简单、造价低、运行维护方便等特点。但是这种接线原边无法提供中性接地点,当电力系统对接地有严格要求时,则不能采用这种接线方式。而原边绕组为“Y”接的变压器,能够提供中性接地点,可以克服无中性接地点带来的问题。构成“Y”接线的变压器可以是YN,d11接变压器和阻抗匹配平衡变压器,也可以是新型三相变四相平衡变压器。YN,d11接变压器和阻抗匹配平衡变压器是我国电气化铁道最常用的接线方式,因此研究这种接线方式的同相AT牵引供电系统具有重要意义。新型三相变四相平衡变压器不但具有平衡变压器的优点,而且原次边中性点都能方便接地,将其应用于同相AT牵引供电系统,能够充分发挥其优势,所以也非常值得研究。由于新型三相变四相平衡变压器结构特殊,故在另一节介绍。基于YN,d11接线变压器构成的同相AT牵引供电系统与基于阻抗匹配平衡变压器构成的同相AT牵引供电系统,二者结构原理基本相同。下面以YN,d11接线变压器为例,说明“Y”接线同相AT牵引供电系统结构及其特点。

1.十字交叉接线

十字交叉接线是在原十字交叉接线的基础上,加平衡补偿装置实现,如图3.7所示,它由两台变比为110 kV/27.5 kV的双绕组YN,d11接线变压器(也可由一台三绕组YN,d11,d1接线变压器)构成,次边十字交叉接线。十字交叉接线形成的一组55 kV两端子a、b分别接接触线T和负馈线F母线,而另一组55 kV两端子c、d分别通过平衡补偿装置接于同一接触线T和负馈线F母线,十字交叉点即中点钢轨。从原理上讲,平衡补偿装置的变流器可以由两个“背对背”的单相变流器构成,也可以由三相三桥臂变流器构成,还可以由三相四桥臂变流器构成,需根据技术经济性能选定。各变电所接线方式完全相同,都能输出相同相位的电压,不再换相连接,取消了分相绝缘器,实现了各供电区段同相供电。

该方案的优点是:

(1)当平衡补偿装置故障时,不影响正常供电,且仍保持了原来的通信防护效果。

图3.7 十字交叉接线同相AT牵引变电所

(2)每个变电所仅需要一台平衡补偿装置,比两BT级联式同相AT牵引变电所结构简单、易控制。

该方案缺点是每个变电所需要两台工作变压器(或一台三绕组变压器),变压器数量多、接线复杂、成本高。尽管采用了两台变压器(或一台三绕组变压器),当任何一台变压器故障时,系统正常运行状态被打破,所以供电的可靠性不会因为变压器数量多而提高。

十字交叉接线如果是采用YN,d11接线实现,则负荷端口(对应图3.7中ab端口)与补偿端口(对应图3.7中cd端口)电压相位差为120°,属于120° 接线类型;而如果采用阻抗匹配变压器,则两个端口接线角正好相差90°,属于90° 接线类型。

2.单台变压器式接线

对于AT供电方式牵引变电所,若采用YN,d11接线变压器构成时,通常需要两台三相双绕组变压器或一台三相三绕组变压器,接成十字交叉接线。若能采用一台三相双绕组变压器构成,势必会降低变电所复杂程度,减少成本,方便维护。结合平衡补偿装置,可以采用一台变压器构建同相AT牵引供电系统。由单台YN,d11变压器构建的同相AT牵引供电系统主要有两种:一种是采用一台110 kV/55 kV的YN,d11接变压器构成,简称单台YN,d11-55接线;另一种是采用一台110 kV/27.5 kV的YN,d11接变压器构成,简称单台YN,d11-275接线。

1)单台55 kV同相AT牵引变电所

单台55 kV同相AT牵引变电所由一台变比为110 kV/55 kV的双绕组YN,d11接线变压器和一台平衡补偿装置构成,如图3.8(a)所示。

图3.8 单台变压器式同相AT牵引变电所

这种供电方案的特点是:(www.xing528.com)

(1)变电所仅需一台(工作)变压器和一台平衡补偿装置,与十字交叉接线相比,接线简单,投资少,维护方便。

(2)平衡补偿装置可由三相三桥臂变流器构成。

(3)需要一台自耦变压器,以便引出中抽头接钢轨。

(4)变压器需要特制,因为在我国没有110 kV/55 kV的YN,d11接线变压器。

(5)当平衡补偿装置故障时,不影响正常供电,但系统将失去平衡补偿能力。

2)单台27.5 kV同相AT牵引变电所

单台27.5 kV同相AT牵引变电所由一台变比为110 kV/27.5 kV的双绕组YN,d11接线变压器和一台平衡补偿装置构成,如图3.8(b)所示。同样,通过对平衡补偿装置适当控制,能够使各变电所输出同相位的电压,取消分相绝缘器,实现同相供电,并能达到三相完全平衡,同时滤除谐波和无功。

该方案的特点是:

(1)每个变电所仅需要一台(双绕组)工作变压器和一台平衡补偿装置,接线简单,投资少,维护方便。

(2)当平衡补偿装置故障时,系统变为无通信防护能力的简单直供方式,但仍能继续供电。

(3)因为只需要一台平衡补偿装置,同时由于变流器的四个桥臂协调控制、共同作用,可以减小开关频率,达到很好的平衡与补偿效果。

(4)不需要自耦变压器,也不需要特制变压器,这一点优于单台-55接线。

该方案的主要缺点是:

(1)平衡补偿装置主要由四桥臂变流器构成,其控制方法相对较复杂,平衡补偿装置桥臂电流不均衡,导致实际需要的变流器容量增大,成本增高。

(2)当平衡补偿装置故障时,虽能保证供电,但牵引网失去了通信防护能力。

综上所述,采用单台变压器式同相供电系统,可节省变压器,接线简单,与两台变压器式相比优势较突出。YN,d11-275接线还具有省自耦变压器、工作可靠、平衡补偿效果好等优点。

单台YN,d11-55接线负荷端口[对应图3.8(a)ab端口]与补偿端口[对应图3.8(a)bc端口]电压相位差为120°,属于120° 接线类型。而单台YN,d11-275接线两个端口电压相位也有120° 之差,但变流器的结构与120° 和90° 接线不同,且各端口在补偿与供电的功能上相互交织,情况较特殊,因此把它归为特殊接线类型。

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